从系列:了解控制系统
Melda Ulusoy, MathWorks
通过步行通过一些介绍性示例来探索开环控制系统。了解如何在烤面包机或淋浴时的每天设备中找到开环系统,并发现如何通过试验和错误调整它们以实现所需的输出。
第一个例子展示了如何使用开环控制将面包烤成所需的颜色。第二个例子概述了开环控制如何帮助调节淋浴时的水温。在这些开环系统中,您将探索系统的输入和输出,并学习如何通过执行实验来为期望的输出找到所需的输入。
此外,由于出现意外的环境变化或系统的变化,探索开环控制可能失败的情况。在下一个视频中,您将了解如何通过使用反馈控制来处理开环控制的缺点。
记录:2016年11月15日
今天,我们将讨论开环控制系统。为此,我们要去你家看看能否找到日常生活中的例子。
让我们从厨房开始。烤面包机是你日常使用的设备之一。你放一片面包在里面,然后设置它的时间,当它完成的时候,你的吐司弹出。面包的颜色会根据你选择的计时器设置而改变。在这里,面包烤面包机是一个开环系统,输入是时间,输出是面包颜色。
现在假设你第一次使用烤面包机。你不知道何时设置计时器以获得你想要的面包颜色。在这种情况下,您可以做几个实验。您可以输入不同的计时器设置,并等待输出稳定到一个值,然后在这个图上标记您的发现。在烤面包机中放入一片面包,并将计时器设置为2级,你就会得到淡棕色的面包。在接下来的实验中,对于第4级的输入,你得到的是中棕色。最后一个,输入是6,你得到的是深棕色。如果你现在通过这些点拟合一条曲线,这就代表了面包在稳定状态下的烤面包机模型。
记住,你需要为你想要的面包颜色设定时间。为了从数学上求出来,我们把u的输入值和y的输出值相等,在实验中,对于不同的u值,你会找到相应的y值,所以你可以把y写成u的函数,但现在你要做相反的事。给定y的期望值,你想计算u的值,在数学上,这对应于求函数的逆。因此,要计算你想要的面包颜色所需的时间,你需要取它的倒数。开环控制真的很简单。
实际上,我们在这里看的是任何标准汽车暂停的典型行为。第一峰值对应于悬架本身的谐振频率,第二峰值对应于轮胎的谐振频率。对于任何人都徘徊在高速公路上的那些在紧急车道上的那些隆隆声中,并且觉得这辆车开始摇晃如此糟糕,它觉得它会分崩离析:所发生的原因是速度在汽车的情况下,与下面的道路轮廓相结合,产生可能非常接近轮胎的谐振频率的激励。
让我们跳到另一个房间,看看我们是否可以找到一个开环系统。哦,这很小的蒂米想要温暖的淋浴,但他不够高,不能转动淋浴把手。所以,他要求你的帮助。在该开环系统中,手柄位置是输入,水温是输出。为了帮助小Timmy,您将手柄转向不同的位置,并基于水温变化。
开环控制似乎完美地工作。您所需要的只是做几个实验,一旦您了解系统的模型,您就可以轻松找到获得所需输出所需的输入。但是是否有开环控制可能失败的情况?
现在让我们回到淋浴的榜样。你定位了把柄,这样一点蒂米得到一个漂亮的温暖淋浴,但是有人跑洗碗机时会发生什么?水冻结冷。原因是,当洗碗机运行时,热水供应用完,因此淋浴时可获得更少的热水。所以,水温下降。这是开环控制的另一个缺点。在系统上行动的意外环境变化会影响输出。
让我们总结我们在此视频中看到的内容。开环控制简单而概念性。通过实验,您可以找到系统的模型。如果没有变体或意外事件,您知道为系统提供所需输出的输入。但是,当系统或意外事件中存在变化时,开环控制是不可靠的。那么,问题是:我们如何处理开环控制的缺点?我们将在下一个视频中回答这个问题,我们将讨论反馈控制。
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